液力耦合器在阿特勞煉油廠芳烴聯合生產裝置中的應用

薛 明

(洛陽三隆安裝檢修有限公司，河南 洛陽 471012)

?生產與實踐?

液力耦合器在阿特勞煉油廠芳烴聯合生產裝置中的應用

薛 明

(洛陽三隆安裝檢修有限公司，河南 洛陽 471012)

離心壓縮機是工業生產中的重要設備，一般用于提升氣體流體壓力，為裝置生產運行提供動力。以哈薩克斯坦阿特勞煉油廠芳烴聯合裝置的離心機為例，介紹了液力耦合器的工作原理及調速方式。

液力耦合器；勺管；VEHS

0 前言

中石化洛陽工程有限公司總包的《哈薩克斯坦阿特勞煉油廠有限責任公司芳烴生產聯合裝置交鑰匙工程》(以下簡稱“芳烴聯合裝置”)是中國石化在中亞市場的第一個EPCC總包項目，是中國石化打開中亞市場的關鍵。項目主要包括一套100萬t/a重整裝置以及一套50萬t/a PX裝置。這兩套裝置中有3套離心機組均采用電機驅動與液力耦合器調速的方式組合，但配置形式有所不同，其中一臺采用圖1(a)所示的形式配置，即電動機+液力耦合器+齒輪箱+離心壓縮機，壓縮機設計轉速較高所以選用此種配置；另外兩臺采用圖1(b)所示的形式配置，即電動機+齒輪調速型液力耦合器(內嵌齒輪箱)+離心壓縮機，壓縮機設計轉速較低故選用此種配置。

圖1 配置形式

壓縮機流量及排出壓力的控制一般是通過對進口節流或采用汽輪機調速等方式進行，但隨著節能及操作運行費用的重要性越來越引起人們的注意，使得很多壓縮機組改為采用液力耦合器進行調速的模式。除了節省蒸汽和減少能量損失外，采用液力耦合器更重要的原因是：電機可空載啟動，減少啟動電流，縮短啟動時間，這就減少了電機配電系統的投資和啟動時對配電系統的沖擊。

1 液力耦合器工作原理

芳烴聯合裝置所用的耦合器是VOITH公司生產的SVTL型調速耦合器以及R.K.M型齒輪式變速液力耦合器，下面以SVTL型調速耦合器為例闡述其工作原理。

1.1 設計結構

調速耦合器的結構及主要部件如圖2所示。

1.油箱殼體 2.泵輪軸 3.泵輪 4.渦輪軸 5.渦輪 6.轉動外殼 7.工作油腔 8.勺管腔 9.調心滾子軸承10.徑向軸承 11.滾動軸承 12.充油泵 13.勺管14.冷油器 15.易熔塞 16.油箱

1.2 功率傳遞

耦合器液力傳動基于泵輪和渦輪的相互作用。電機通過輸入軸帶動泵輪旋轉，液體被離心式泵輪高速甩出進入渦輪即推動渦輪旋轉，將從泵輪獲得的能量傳遞給輸出軸。最后液體返回泵輪，形成周而復始的流動。即電機的機械能由泵輪變成液體的動能，渦輪再將液體的動能轉變成機械能。耦合器的泵輪和殼體組成工作腔，渦輪被包含在工作腔內，由于泵輪和渦輪并不接觸，所以沒有任何磨損。

1.3 轉速調節

液力耦合器依靠支撐在勺管支座上的勺管的開度來調節轉速。通過改變勺管的位置，耦合器的工作油量得到改變，這樣就達到無級變速的目的。勺管位置在耦合器勺管油腔的最深處時(0位)，循環工作油量最小，輸出轉速最小。勺管位置在耦合器油腔的最外延時(100%位)，循環工作油量最大，輸出轉速最大。

2 液力耦合器的調速控制

改變勺管位置即可調節轉速，而控制勺管位置則依靠福伊特電液位置控制器VEHS(Voith Electro Hydraulic Positioning Control)。

2.1 VEHS結構

VEHS能準確并連續地控制液力耦合器的勺管或者變矩器的導葉位置，其主要由電磁執行機構，雙向缸體，電子位置感應器組成。如圖3所示。勺管或導葉的實際位置由雙向缸體上的電子位置傳感器記錄；電磁執行機構集成PID控制器和磁力控制器，用于控制3位4通閥。

p1.帶壓控制油管 T.回油管 A.油管 B.油管 W：主控器給定(4～20 mA對應0～100%)X.實際值反饋(4～20 mA對應0～100%) x0、x1、Kp、FM、F1、F0、TD：定位器參數

2.2 VEHS動作方式

VEHS內部控制回路比較實際位置值X(actual position，由位置傳感器發出)和主控W(position setpoint，如DCS)發出的給定值，信號偏差由磁力驅動器(magnetic force controller)校正，磁力F的改變作用于3位4通閥閥芯的位置。控制油從3位4通閥向雙向缸體流入或流出，從而改變勺管或導葉的位置。當活塞在雙向缸體移動時，位置傳感器(position pickup)感應到活塞的位置，向定位器發送信號X。X值與主控發送信號W相比較，W-X的差值逐漸減小，則磁力F也逐漸減小。直到當W=X時，3位4通閥閥芯處于閥體的中間位置，此時VEHS 保持穩定。

2.3 定位器參數設定

定位器的控制響應通過Kp(比例系數)設定。其他的參數已經在工廠預設完畢，一般不必更改。定位器參數：FM，當W-X=0時設定電磁閥中位；x0，零位設定，S=最小值，W=4 mA；x1，滿位設定，S=最大值，W=20 mA；Kp，比例系數，順時針方向增加比例系數；TD，微分時間，順時針方向增加微分時間。

3 常見故障

3.1 輸出轉速故障

3.1.1 在勺管位置穩定的情況下輸出轉速不穩定

故障原因：工作油起泡(冷油器溫度的下限太低，導致空氣溶解度太高)；充油泵吸收氣體；壓力不斷變化。處理措施：將油箱內的工作油升溫至>45 ℃；檢查油位和充油泵；檢查系統，放氣孔和穩定情況。

3.1.2 在自動控制的情況下輸出轉速不穩定

故障原因：控制機構運作不正常。處理措施：調整控制機構。

3.1.3 輸出轉速失控

故障原因：勺管或者勺管執行機構被堵塞；勺管執行機構發生錯誤。處理措施：檢查勺管的滑動情況，去除堵塞物；檢查勺管執行機構。

3.1.4 不能達到最大輸出轉速

故障原因：勺管沒有在100%位；易熔塞已經響應；泵的需求功率過大。處理措施：檢查勺管最大位移；更換新的易熔塞；校對系統的功率參數，檢查泵運轉的穩定性。

3.2 壓力故障

3.2.1 啟動時潤滑油壓力過低

故障原因：潤滑油泵電機沒有正確的連接；外部的潤滑油供量過高；油路有泄漏；雙筒濾油器堵塞。處理措施：檢查連接情況；調整節流孔；檢查油位及管路的泄漏情況；切換濾油器，清理濾油筒；檢查壓差監控計。

3.2.2 雙筒濾油器壓差太大

故障原因：雙筒濾油器堵塞。處理措施：切換濾油器，清理濾油筒。

3.2.3 正常運轉時潤滑油壓力過低

故障原因：雙筒濾油器堵塞；外部的潤滑油供量過高；輔助潤滑油泵的止回閥被堵塞(輔助潤滑油泵反轉運行)。處理措施：切換濾油器，清理濾油筒；調整節流孔；檢查止回閥。

3.2.4 充油泵壓力過低

故障原因：油箱中的油溫<45 ℃，導致空氣溶解度過高；油位過高；工作油起泡(油溫太低；工作油中水分含量過高；空氣溶解度過高，錯誤的工作油類型)。處理措施：將油箱內的工作油溫度提升到45 ℃以上；檢查油位，將油位調整到正常范圍。檢查易熔塞；檢查油的雜質含量，離心分離出雜質，必要時更換工作油。

3.3 溫度故障

3.3.1 在正常運行時耦合器溫度過高

故障原因：冷水額定流量過低；冷卻水溫度過高；冷油器被污染；調速耦合器的運行情況不符合特征曲線。處理措施：增加冷凝水的額定流量；檢查溫控閥；檢查并清潔冷卻系統；在特征曲線環境下運行調速耦合器(檢查易熔塞)。

3.3.2 軸承溫度過高

故障原因：軸承被損壞；潤滑油溫度過高；潤滑油壓力過低。處理措施：檢查靜音運行的情況；檢查軸承，必要時替換；檢查冷油器，切換濾網清洗濾筒；檢查潤滑系統；切換雙筒濾網清洗濾筒檢查壓差監控器；檢查油位；增加潤滑油壓力。

4 結語

阿特勞芳烴聯合裝置中的壓縮機所配套使用的液力耦合器不僅在控制轉速方面非常簡單和方便，而且其控制可靠，具有良好的穩定性和可維修性。使用調速型液力耦合器提高了效率，降低了投資費用，減少了檢查和維護費用，從而增加了運行經濟性，是值得推廣的轉速調節方式。

2017-02-06

薛 明(1983-)，男，工程師，從事生產過程自動化控制工作，電話：0379-66992123。

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